不侵入螞蟻大腦就可以操縱「喪屍螞蟻」的寄生真菌是怎麼做到的？

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請大家無意義回答就不用專門寫一條了……

熱帶真菌偏側蛇蟲草菌寄生在螞蟻體內。生長到一定程度時會操縱螞蟻離開蟻巢，尋找一片樹葉，爬到25厘米高度並掛在那裡。真菌的孢子從這裡散落，感染其他螞蟻。
2017年11月21日 PNAS Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants 研究發現：

偏側蛇蟲草菌所操控的殭屍螞蟻大腦並未被真菌侵蝕。真菌只是通過操縱螞蟻機體動作就能達到自己的目的。換言之，宿主螞蟻就像是被困在駕駛座上的司機，而真菌控制了汽車輪子。

是如何操縱的？與其他有類似作用的寄生生物有何區別？

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一些病原體是如何做到操控宿主行為的？

謝邀謝邀...

關於偏側蛇蟲草菌和它寄生的螞蟻，其實幾個月前我已經寫過一個：

擴展閱讀：【動漫里的生物趣事】寄生的蘑菇可以控制派拉斯的思維？等等，這些寄生物也能

下面還是先簡單介紹一下這種寄生關係的背景吧（看過上面這篇文的，可以直接跳過前半部分），然後再來講講這篇PNAS的意義在哪。

自然界中，寄生物控制宿主活動甚至思維的案例很多。大家比較熟知的像鐵線蟲與螳螂、弓形蟲與老鼠等。像鐵線蟲會釋放一些神經遞質之類的物質，使得螳螂產生跳水的「衝動」；弓形蟲寄生的老鼠，也會表現得非常不怕貓，甚至還會帶有貓氣味的區域呈現出一種偏愛，就像是弓形蟲要「千方百計地」把老鼠送到貓的嘴裡，從而使自己得以完成生命周期。

偏側蛇蟲草菌（Ophiocordyceps unilateralis）和萊氏屈背蟻（Camponotus leonardi）的寄生則是很奇特的一種。之所以說它奇特，是因為根據之前以及這篇PNAS的研究發現，偏側蛇蟲草菌根本無需控制螞蟻的意識，就可以控制它的行動。是不是很魔幻？一步一步來看吧。

▲偏側蛇蟲草菌和萊氏屈背蟻的寄生（圖片來源：Wikipedia）

與偏側蛇蟲草菌同屬的是鼎鼎大名的冬蟲夏草（中華蟲草菌，Ophiocordyceps sinensis）。冬蟲夏草菌可以感染在土壤中過冬的蝠蛾幼蟲，使它們身體僵化隨後死亡，在這過程中菌絲逐漸吸收營養並充滿整個蟲體，再到春末夏初的時候從蟲子的頭部破殼而出，長出子座。

與冬蟲夏草類似，偏側蛇蟲草菌在感染了螞蟻之後也會在螞蟻的頭部長出子實體。但是冬蟲夏草不會像偏側蛇蟲草菌那樣控制宿主的行動（或者沒這麼明顯），而後者在感染螞蟻之後，可以通過某種方式引導宿主到達適合自己繁殖的區域再逐步死亡。

▲冬蟲夏草（圖片來源：Wikipedia）

萊氏屈背蟻一般居住在樹冠層，它們的工蟻在白天行動時一旦不幸地被這種真菌的孢子感染之後，真菌便會釋放一些化學物質，控制螞蟻離開樹冠，來到與地面相距約25厘米的樹葉處，然後讓螞蟻用自己的顎緊緊地咬住葉脈，科學家們稱之為「死亡之咬」（death grip），在這個過程中菌絲會慢慢地充滿螞蟻的身體，螞蟻也將慢慢地死去，頭部冒出的子實體待成熟時會散發出孢子，然後開始尋找下一個宿主。可能有人會問為什麼是25厘米？因為這個位置不高也不低，正好有利於孢子噴落到地表，讓經過的螞蟻感染。

▲偏側蛇蟲草菌感染萊氏屈背蟻的過程（圖片來源：microbewiki）

為什麼偏側蛇蟲草菌能控制萊氏屈背蟻緊緊地咬住葉脈從而固定在葉子上呢？在之前的研究中發現，這些已經感染了螞蟻頭部的菌絲，會使得螞蟻下顎的肌肉發生萎縮，破壞肌肉纖維中的肌絲連接，並使得其中的線粒體和肌漿網（內質網）數量大大減少，從而使得螞蟻不再能控制自己的下顎，只能乖乖並痛苦地在這片葉子上逐漸死去，一直到子實體長出，這個過程大約需要4-10天。

▲受感染的螞蟻下顎肌肉結構發生改變 A圖中方框放大的結構為菌絲（圖片來源：Hughes D P等，BMC Ecol，2011. 參考文獻 [1]）

根據之前的研究，雖然已經明確了偏側蛇蟲草菌可以控制肌肉及螞蟻行為，但這也只是介於一個間接結果的觀察，科學家們仍然不十分清楚這些單獨的菌絲是如何協作進行控制的。

在這篇PNAS中，作者把這些感染的螞蟻進行切片（50nm或者100nm每片），然後逐片進行掃描電子顯微鏡（scanning-electron microscopy，SEM）檢測。通過使用深度學習演算法，讓計算機自己去區分每張片子中，哪些是螞蟻的肌絲，哪些又是偏側蛇蟲草菌的菌絲。然後，再把每層的結果組合起來，進行3D建模。

▲頭部組織各層電鏡的疊加及單條肌絲的建模動畫（動畫來源：Fredericksen M A等，Proceedings of the National Academy of Sciences，2017. 參考文獻 [2]）

建模結果發現，這些菌絲之間通過一種叫分生孢子吻合管（conidial anastomosis tubes，CATs）的結構，將各菌絲聯結成一個網狀結構，從而將肌絲包圍起來（有些甚至菌絲直接侵入到肌絲中），切斷螞蟻周圍神經與肌絲之間的連接，從而「接管」對螞蟻肌肉的控制。

▲真菌菌絲（黃色）形成網狀結構圍繞著肌絲（紅色）（圖片來源：Fredericksen M A等，Proceedings of the National Academy of Sciences，2017. 參考文獻 [2]）

當然，正常情況下肌絲之間幾乎沒什麼空隙，然而偏側蛇蟲草菌的菌絲入侵之後，由於肌肉發生萎縮，也就給這些菌絲形成網路結構提供了存在的空間。

另外，這篇文章也首次證實了，偏側蛇蟲草菌的菌絲在螞蟻全身都有感染分布，但唯獨腦部沒有任何菌絲入侵的現象。這似乎提示了，偏側蛇蟲草菌並不會對螞蟻的思維產生什麼影響。

▲菌絲（染紅色，帶尾巴箭頭）並沒有侵入螞蟻的腦神經元（染綠色）（圖片來源：Fredericksen M A等，Proceedings of the National Academy of Sciences，2017. 參考文獻 [2]）

所以，如果螞蟻也有高等思維的話，恐怕就會是這麼一種情況：它明明思維很清晰，但是根本控制不了全身肌肉的運動，只能「眼睜睜地」看著自己的軀體一步一步地走向那25厘米高的樹葉，獻上自己的「死亡之咬」，從而「定植」在其上直至死亡。

當然了，如果想要深入的闡釋其中的機理，還需要更深入的研究，包括螞蟻最後的那個「死亡之咬」，既然菌絲並沒有直接作用於腦部，那麼這說明協調螞蟻運動以及咬這個動作，可能則是通過產生化學物質及分子信號等來進行間接調控的，但是具體為何，現在仍然不十分清楚。

PS. 不好意思最近實在太忙，一直也沒時間更新（相信我，接下來一段時間也會繼續這麼忙的，畢竟年底了），萬望見諒！另外，其實題主給出來的兩篇鏈接短文，講得也十分清晰的，值得學習。

參考文獻

[1] Hughes D P, Andersen S B, Hywel-Jones N L, et al. Behavioral mechanisms and morphological symptoms of zombie ants dying from fungal infection[J]. BMC Ecol, 2011,11:13.

[2] Fredericksen M A, Zhang Y, Hazen M L, et al. Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017: 201711673.

原文鏈接

Three-dimensional visualization and a deep-learning model reveal complex fungal parasite networks in behaviorally manipulated ants

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謝邀，
本人確實沒涉及過社會型昆蟲，回答這樣的難免班門弄斧！

你問題中的鏈接說出了這種情況的一種可能，我個人也覺得有些道理：「因為宿主的內部已經轉化為了真菌細胞。「真菌細胞遍布宿主體內，而不是在大腦中，暗示著這種微生物，對動物身體的行為控制是在外圍發生的。另外，真菌細胞侵入宿主肌肉纖維，並且連接在一起形成包圍肌肉的網路。這些網路可能代表了這種寄生蟲的集體覓食行為，而這又可能促進對宿主的操縱。」

看他們研究意思就是真菌佔據了宿主的運動器官，就是肌肉，讓螞蟻的大腦失去了控制這些肌肉的能力！或者說是大腦的指令被更直接更強有力的控制力抵消了！

細思極恐，大腦清醒，卻無法控制自己的運動！一步步走向死亡！！！

謝邀。

當時編輯完後，瀏覽器奔潰，自動保存了草稿，後來忙於其他，今天遲遲的回答一下。

就像題主看到的一樣，這篇PNAS是站在前人的肩膀上科學分析得出了如今的結論。

先回顧一下：

有報道，但在泰國、非洲和巴西的雨林中，萊氏弓背蟻被一種稱為偏側蛇蟲草菌（Ophiocordyceps unilateralis）的寄生真菌所劫持。當孢子感染了在雨林中搜尋食物的螞蟻后，在寄主體內花費3～9天成長，當真菌準備完成它的生命周期時，便會像殭屍一樣控制它的奴隸離開安全地帶。2009年一項研究顯示，螞蟻通常都會去往同樣的目的地，在樹頂的25厘米處一個濕度剛好適合真菌生長的地方，用它的下顎咬住樹葉後死去。 24小時內，真菌絲體從遺骸中形成，最終菌柄從螞蟻體內破繭而出，並把孢子再次散播到雨林的地面上等待感染更多的螞蟻。

而PNAS通過對感染蟻切片觀察，通過計算機深度學習建立3D模型才發現，肌肉中有菌絲，大腦中沒有。進而推測出是控制肌肉驅動，而非大腦。

那麼問題來了？

螞蟻有思維嗎？平常活動是無腦執行？

昆蟲有著索狀神經系統，按解剖和功能分為中樞神經系統、交感神經系統和周圍神經系統。而中樞神經系統包括腦和腹神經索，是昆蟲神經系統的核心部分。

總結起來，中樞神經需要腦和腹神經索結合才能協調。
另外，昆蟲信息素（pheromone）也起著非常重要的作用。

信息素也稱外激素，指的是由一個個體分泌到體外，被同物種的其他個體通過嗅覺器官察覺，使後者表現出某種行為，情緒，心理或生理機制改變的物質。它具有通訊功能。（WIKIPEDIA）

蟻，是過著群聚生活，分工明確，負責工作、守衛、清潔等等不一而論。正是信息素，讓其變得如此。另外，感器分布在昆蟲身上（如口器、觸角、生殖器、足等等），這些感器也有不同類型，有感知溫濕度、信息素、硬度等各種物理和化學信息，這些組成一個網路讓其正常運行。

簡言之，萊氏弓背蟻感知信息素後有中樞神經下達各種命令讓其活動。

現在開始分析PNAS那個切片，真的是作者說的那樣的結果嗎？

僅僅通過切片，建模來得出結論，還不夠嚴謹。作者又通過激光共聚焦來分析，發現腦部沒有真菌組織。按理來說，可以下結論了，可我總覺得還缺點分子方面的驗證，畢竟取樣會有誤差。

可以單獨分析頭部或者足等其他部位的DNA和蛋白質，確認頭部真的不存在菌絲入侵，而其他部分受到了入侵。這些電鏡、激光共聚焦表象和分子水平互相驗證才能保證結果更精準。

是什麼控制蟲子運動的呢？

索式神經系統：由體前端咽背側的一對咽上神經節癒合成腦，腦向兩側發出圍咽神經並包圍消化管形成環狀，在消化管的腹面與一對癒合咽下神經節相連，自此向後伸的腹神經索縱慣全身。腹神經索是由2條縱行的腹神經合併而成，在每體節內形成一神經節，整體形似索狀，故稱索式神經。腹神經索：咽下神經節（口器神經中心）和體神經節（除咽下外所有的神經節，控制運動）。

因此，真菌控制這些腹神經索（咽下神經節和體神經節），則控制其運動到合適的地方，咬住樹葉等死。

真菌寄生昆蟲的現象多嗎？

冬蟲夏草，肉座菌目麥角菌科蟲草屬冬蟲夏草菌寄生蝠蛾科幼蟲。
蛹蟲草（北蟲草），肉座菌目麥角菌科蟲草屬真菌寄生在夜蛾科幼蟲。
蟬花草，一種真菌寄生在一種蟬上，等等。

自然界類似的現象存在嗎？

1.鐵線蟲幼蟲需要到水中才能完全長成，於是寄生蟲劫持寄主的神經系統，控制它們自殺，寄主被強迫跳入附近的水中淹死，鐵線蟲也就可以從中出來了。

2.寄生在蝸牛體內的彩蚴吸蟲為了能夠進入鳥類的體內，不僅會控制擅長藏匿的蝸牛爬到高處，更會靠鮮艷的體色為路過的鳥類充當「路標」。

3. 扁頭泥蜂專門獵捕比自己身體大六倍的蟑螂，他們把蟑螂的觸角咬掉並注入神經傳遞素，蟑螂在此時此刻完全聽從與扁頭泥蜂，將其牽引回巢穴，並在它身上產卵。

......

綜上所述，萊氏弓背蟻被偏側蛇蟲草菌寄生，只是大自然中很普通的存在。萊氏弓背蟻發生的行為，是有利於偏側蛇蟲草菌生長發育和繁殖後代的舉動。既然偏側蛇蟲草菌菌絲不能入侵大腦，但依然可以通過控制蟲子腹神經索（咽下神經節和體神經節），進而使其其運動到合適的地方，用下顎咬住樹葉後死去。

謝邀，你的疑問在相關問題已經有完整的回答了。

答案見一些病原體是如何做到操控宿主行為的？

另附推文一篇（不是我寫的，無利益相關，純粹豐富回答）：

貓會讓人變瘋嗎？

http://mp.weixin.qq.com/s/jpEjYse6VshfbA5BB56f6g

——來自公眾號「liweitan2014」

謝邀。
本人主要從事昆蟲化學生態學方面的科研工作。對於機理，本人不是很了解，並且有高票回答已經很完整了，我從生態學的角度，做出一些回答。
目前，在昆蟲中，被操控的例子還是很多的，但這些例子的共性都是病原為了擴散傳播。寄生蟲，真菌和病毒都有相關研究報道。
高票回答中的螳螂被操控，就是因為寄生蟲，也就是鐵線蟲。鐵線蟲操控螳螂跳入水中，鐵線蟲在水中進行繁殖發育，再寄生到幼體在水裡生活的昆蟲體內。等到轉主寄主變態發育完成後，來到陸地上，再被螳螂捕食，就完成了一個循環。
真菌的例子就不用舉了，問題本身就是。
病毒也是可以的，特別是在鱗翅目幼蟲中，也就是毛毛蟲什麼的。被病毒侵染的幼蟲，會爬到植物頂端，然後化膿死亡。膿液會滴到下方植物組織上，如葉片，健康的幼蟲取食這些植物組織後，就會被侵染，就開始了循環。甚至會引發病毒流行爆發。有的病毒已經被製成了生物農藥使用！
注:手機碼字，無排版。本人是根據印象寫的，不一定完全正確，敬請指出。
以上。

我想問問大家有沒有認真看那篇論文？怎麼都在以訛傳訛？首先，作者用了白僵菌做對照組，這種白僵菌不能操縱螞蟻的行動，類似蟲草真菌一樣侵佔了肌肉但就是丰度少。關鍵是，在咬肌萎縮的影響，作者對上顎菌群的丰度測試，得到白僵菌和蟲草真菌的丰度測得一致。作者分析了這些網狀結構汲取營養的作用，對於控制肌肉僅僅是猜測，結果一大群人在這裡無風作浪，沒做過研究甚至比作者更厲害下定論了。這樣來吸引人眼球，真的很服了那些科普公眾號

這個問題依靠已知的科學知識與論據恐怕都不能做到徹底的解釋清楚。
不如換個角度，大膽的利用一下想像力：如果植物也與動物一樣擁有意識（精神）的話，這個問題就容易解釋了：這個真菌想讓螞蟻做什麼動作只要去直接操控螞蟻相應的肉體即可，至於是通過分泌化學物質刺激螞蟻相應部位產生生物電而操控其行為還是通過利用深入螞蟻體內的菌絲之類物質的物理力量操控螞蟻肉體的行為都不重要了，只要真菌有這個想法就可以了。

腦洞：意識或者說精神或者說靈魂其實也是物質的，不是虛無縹緲的，類似無線電波互聯網中的信息一樣的存在。但是一般的精神或者靈魂需要有肉身之類的物質作為載體來凝聚與配合，否則將消散在各種信號混雜的宇宙之中。

不是控制大腦，而是通過控制肌肉做到的

這樣只能是從大腦到運動器官之間的某個地方把神經佔了吧……

沒繼續深造生物科學，我想知道螞蟻有大腦么……我記得高中生物上說螞蟻有神經節，沒有大腦來著。

如果有知道的敬請指教。

謝邀。。。
看到這個問題真是誠惶誠恐，根本看不懂題啊
太難了。。。

沒人邀我，，，，

我猜可能是感染之後改變了螞蟻的感覺？螞蟻覺得往上爬很舒服？

大佬別笑我是小學生

謝謝邀請！

我是鳥類學專業的學生，所以對這種微生物方面的知識不太懂，不能回答你的問題，非常抱歉。

謝邀，在下只是營養學方面的，這個還真回答不了，應該有專門的論文什麼的東西吧，我記得以前看到過。